Способы очистки газовых выбросов в атмосферу

Загрязнение атмосферы газовыми выбросами. Современная транспортная отрасль характеризуется ростом объемов перевозок. В процессе эксплуатации транспортных средств образуется большое количество отходов, в том числе газовых выбросов, приводящих к загрязнению атмосферы.

Проблема газовых выбросов обратила на себя внимание, когда впервые в мире над Лондоном появился «смог», под которым понималась смесь сильного тумана и дыма. Смог вызвал человеческие жертвы. Впоследствии специалисты стали выделять фотохимический смог, образующийся над большими индустриально развитыми мегаполисами в результате химических реакций углеводородов, озона, оксидов азота и других примесей при обязательном участии солнечной радиации достаточной интенсивности. Причиной образования смога лондонского типа стало сжигание больших количеств угля и мазута, а фотохимического — выбросы промышленных производств и транспорта.

Способы очистки воздуха. По агрегатному состоянию загрязнения воздуха подразделяются па аэрозоли (пыль, туман) и газопарообразные примеси.

Очистку воздуха от пыли производят с помощью пылеуловителей, а для тонкой очистки воздуха, при которой концентрация загрязнений менее 100 мг/м³, используют фильтры. Для очистки воздуха от туманов (кислот, щелочей, масел) используют системы, называемые туманоуловителями.

Выбор средств защиты воздуха от газопарообразных загрязнителей зависит от применяемого метода очистки. По характеру протекающих физико-химических процессов применяют следующие основные методы: абсорбция, хемосорбция, адсорбция и термическая нейтрализация.

Удаление из загрязненного воздуха взвешенных частиц обычно включает два основных процесса — осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и последующее удаление осадка с поверхностей осаждения. При этом основной операцией является осаждение, по которому классифицируют все пылеуловители на два вида — сухие и мокрые. Выбор сухого или мокрого пылеулавливающего устройства, представляющего собой систему элементов из пылеуловителя, разгрузочного агрегата, регулирующего оборудования, предопределяется дисперсным составом улавливаемых частиц загрязняющей пыли.

Процесс очистки воздуха от загрязняющих примесей характеризуется тремя следующими показателями: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением и производительностью, оцениваемой по количеству воздуха, проходящего в единицу времени (м³/ч).

Сухие пылеуловители. Широкое распространение на производствах получили сухие пылеуловители, к которым относят аппараты, использующие механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный (циклоны, вихревые и динамические пылеуловители). Наиболее часто для очистки сухого воздуха применяют центробежные обеспыливающие системы — циклоны.

Принцип работы такой системы следующий. Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона через патрубок, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлению к бункеру. При этом под действием сил инерции пыль осаждается на стенках корпуса, после чего поступает в бункер. Производительность циклонов составляет от нескольких сот до десятков тыс. м³/ч. Преимуществами циклонов являются их конструкторская простота и малые размеры, а недостатком — слабое улавливание частиц пыли размером менее 5 мкм.

Мокрые пылеуловители. Особенностью мокрых пылеулавливателей является высокая эффективность очистки от ныли дисперсностью менее 1 мкм. Работа этих систем основана на принципе осаждения частиц пыли на поверхность капель жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Мокрые пылеулавливатели обеспечивают очистку от пыли горячих и взрывоопасных газов. По конструкции эти пылеуловители делятся на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, аппараты ударно-инерционного или барботажного типов.

Наиболее широко применяются скрубберы Вентури. В них через патрубок газ проходит в сопло, туда же через форсунки подается вода для орошения. В узкой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума (100— 150 м/с) в самом узком сечении, что способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла скорость потока газов уменьшается до 10—20 м/с. Этот поток подается в корпус, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. Очищенный таким методом газ выходит в верхнюю часть корпуса, а в нижней собирается шлам.

Фильтры. Их широко используют для тонкой очистки загрязненных выбросов, пропускаемых через фильтрующие материалы. Сначала фильтрование загрязненного воздуха происходит через пористую перегородку, задерживающую крупные твердые частицы примесей. Далее в корпусе фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка, на которой осаждаются тонкие улавливаемые частицы.

Обычно в фильтрах применяют перегородки следующих типов:

— зернистые слои (из гравия) — для очистки от грубых механических пылей;

гибкие пористые (из ткани, войлока, пенополиуретана) — для тонкой очистки газов от примесей;

• — полужесткие пористые (из вязаных сеток, прессованных спиралей и стружки из различных металлов);
• — жесткие пористые, изготавливаемые из пористой керамики и пористых металлов.

Электрофильтры. Их работа обеспечивает эффективную очистку газов даже от самой мелкой пыли, а также от тумана. Принцип работы этих фильтров основан на ударной ионизации газа в неоднородном электрическом поле, создаваемом в зазоре между коронирующим и осадительным электродами. Загрязненные газы, попав между электродами, способны проводить электрический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число ионов растет до такого количества, пока не наступит предельное насыщение и все ионы не окажутся вовлеченными в движение от одного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные оседают на коронирующем электроде.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от жидких загрязнителей (тумана) применяют волокнистые фильтры. В пространстве между двумя цилиндрами туманоуловителя помещается волокнистый фильтрующий материал (войлок, лавсан, полипропилен). Загрязненная жидкость, проходящая через фильтрующий материал, под действием гравитационных сил стекает через гидрозатвор в специальное приемное устройство, а грязь остается на фильтрующем материале.

Методы очистки от газообразных примесей. Первый метод — адсорбции — основан на разделении загрязненной газовоздушной смеси на составные части посредством поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав адсорбента определяется условиями растворения в нем поглощаемого газа. Хорошим адсорбентом является активированный уголь, способный извлекать из загрязненной газовоздушной смеси отдельные ее компоненты в результате действия дисперсионных или электростатических сил.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток загрязненных газов.

Второй метод — абсорбции — используется в установках, называемых абсорберами. В них жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения большего контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадки размещают в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадок используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемые из материалов с высокой коррозионной стойкостью. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции во многом зависит от температуры и давления. Аппараты жидкостной абсорбции бывают трех типов — колонные, тарельчатые и насадочные.

Метод хемосорбции является одним из видов адсорбции, основанным на принципе поглощения газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений.

При каталитическом методе токсичные компоненты загрязненной газовоздушной смеси превращаются в присутствии твердых катализаторов (платины, оксидов меди, марганца) в другие соединения, присутствие которых донустимо в отходящем газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. В качестве катализаторов используют металлы или их соединения, а также активированный уголь. При этом катализатор играет роль ускорителя при протекании химического процесса.

При термическом методе, или высокотемпературном дожигании, поддерживается высокая температура очищаемого газа при наличии необходимого количества кислорода. Этим методом сжигают углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства.